Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (РЕ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 52 (всего у книги 75 страниц)
Рентген Вильгельм Конрад
Ре'нтге'н, Рёнтген (Röntgen) Вильгельм Конрад (27.3.1845, Леннеп, близ Дюссельдорфа, – 10.2.1923, Мюнхен), немецкий физик. В 1865—68 учился в Высшей технической школе в Цюрихе, в 1868 получил докторскую степень в Цюрихском университете. Ассистент А. Кундта в Вюрцбургском (с 1870) и Страсбургском (с 1872) университетах. Профессор Высшей с.-х. школы в Хоэнхейме (с 1875), Страсбургского университета (с 1876), Гисенского университета (с 1879), Вюрцбургского университета (с 1888; с 1894 ректор). В 1900—20 профессор Мюнхенского университета, где в 1903—06 его ассистентом был А. Ф. Иоффе. Р. принадлежат классические исследования пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств кристаллов, установление взаимосвязи электрических и оптических явлений в кристаллах, исследования по магнетизму, которые послужили одним из оснований электронной теории Х. А. Лоренца.
В 1895 Р. открыл излучение, названное им Х-лучами (см. Рентгеновские лучи), и создал первые рентгеновские трубки, конструкции которых в основных чертах сохранились до нашего времени. В 1895—97 опубликовал 3 работы, содержавшие исчерпывающий анализ некоторых свойств нового излучения. Открытие рентгеновского излучения и его последующие исследования сыграли важную роль в изучении строения атома, структуры вещества (см. Рентгеновский структурный анализ, Спектральный анализ рентгеновский,Рентгеновская спектроскопия). Рентгеновское излучение нашло применение в медицине, различных областях науки, в технике. Нобелевская премия (1901).
Соч.: Über eine neue Art von Strahlen, «Sitzungsberichte der Physikalisch-medizinischen Gesellschaft zu Würzburg», 1895, S. 132—41; 1896, S. 11—19; Weitere Beobachtungen über die Eigenschaft der X-Strahlen, «Sitzungsberichte der königlichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin», 1897, S. 576– 595; в рус. пер. – О новом виде лучей, под ред. и с примечаниями А. Ф. Иоффе, М. – Л., 1933 (имеется список трудов Р.).
Лит.: Иоффе А. Ф., Вильгельм Конрад Рентген, «Природа», 1938, № 2; его же. Историческое значение открытия Рентгена, «Изв. АН СССР. Сер. физическая» 1946, т. 10, № 4; Beier W., Wilhelm Conrad Röntgen, Lpz., 1965.
В. Рентген.
Рентген (единица излучений)
Рентге'н, внесистемная единица экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, определяемая по ионизационному действию их на воздух. Названа в честь В. К. Рентгена; обозначения: русское р, международное R. Под действием квантов рентгеновского или гамма-излучения происходит ионизация молекул воздуха, приводящая к образованию пар заряженных частиц, в том числе электронов со значительной кинетической энергией. Эти электроны в свою очередь ионизуют воздух. 1 р есть экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при котором соответствующее ему корпускулярное излучение (т. е. электроны) производит в 0,001293 г воздуха (в 1 см2 воздуха при нормальных условиях) такое число ионов, что их суммарный заряд равен одной электростатической единице количества электричества каждого знака. При этом имеется в виду, что заряженные частицы, образовавшиеся в 1 см2 воздуха, израсходуют всю полученную энергию на ионизацию. Согласно определению, Р. может применяться лишь для излучений с энергией квантов не более 3 Мэв. Дозе в 1 р соответствует образование 2,0×109 пар ионов в 1 см2 воздуха или 1,61×1012 пар в 1 г воздуха. В Международной системе единиц единицей экспозиционной дозы является 1 кулон на килограмм. Согласно ГОСТу 8848– 63, 1 p = 2,57976×10-4к/кг. При средней энергии ионизации молекул воздуха около 33 эв 1 p эквивалентен 85 эрг/г. Эта величина называется физическим эквивалентом рентгена (фэр).
Рентгеновская аппаратура
Рентге'новская аппарату'ра медицинская, совокупность оборудования для использования рентгеновских лучей в медицине. Р. а. предназначена для рентгенодиагностики и рентгенотерапии. Она включает в себя высоковольтное питающее устройство с рентгеновским излучателем, приспособления для крепления и перемещения излучателя, размещения объекта исследования или лечения и приёмник рентгеновского излучения.
Высоковольтное устройство преобразует напряжение сети (220 в, 380 в) в высокое (до 300 кв), которое подаётся на рентгеновский излучатель. Он представляет собой рентгеновскую трубку, которая помещена в защитный кожух, наполненный трансформаторным маслом (оно служит также для охлаждения трубки). Приёмники излучения применяются только в диагностической Р. а. Ими служат рентгеновские экраны, рентгеновская фотоплёнка, а также электронно-оптические преобразователи (ЭОП), которые усиленное изображение могут подавать на телеэкран или видеомагнитофон. С экрана ЭОП можно производить рентгенокиносъёмку (см. Рентгеновская съёмка) и т. о. исследовать быстропротекающие процессы. Аппараты для рентгенотерапии должны снабжаться дозиметрами, тубусами, ограничивающими поле излучения, и специальными фильтрами для выделения необходимого спектра излучения (0,06—2 
).
К диагностической Р. а. прилагается вспомогательное технологическое оборудование для обработки фотоплёнки (проявочные машины), рассматривания рентгенограмм (негатоскоп, флюороскоп), защиты от рентгеновского излучения (защитные ширмы, перчатки, фартуки).
Диагностическое Р. а. изготавливается переносной, передвижной и стационарной и предназначается для общей и специальной рентгенодиагностики (см. Томография, Флюорография, Ангиография). Мощность колеблется от 3 до 100—200 квт, токи – от десятых долей ма до 5000 ма, напряжения – от 40 до 200 кв.
Терапевтическая Р. а. для глубокой терапии рассчитана на напряжения до 250 кв и токи до 15 ма, для близкофокусной – до 100 кв и 15 ма.
Лит.: Шмелев В. К., Рентгеновские аппараты, 4 изд., М., 1973; Денискин Ю. Д., Чижунова Ю. А., Рентгеновские диагностические трубки и их тепловые режимы, М., 1970; Указатель рекомендаций по стандартизации СЭВ, М., 1973.
Ю. А. Чижунова.
Рентгеновская астрономия
Рентге'новская астроно'мия, раздел наблюдательной и теоретической астрофизики, исследующий источники космического рентгеновского излучения в области длин волн l от 100 
до 0,3 
. В шкале энергий фотонов этот диапазон соответствует 0,1—30 кэв, однако обе границы определены довольно условно. Для проведения астрономических наблюдений в этой области длин волн аппаратура поднимается за пределы земной атмосферы с помощью ракет или искусственных спутников Земли, так как рентгеновские лучи сильно поглощаются в атмосфере. Жёсткое рентгеновское излучение можно наблюдать с высот около 40 км с высотных аэростатов.
В космических условиях рентгеновское излучение может генерироваться горячей плазмой с температурой, превышающей 106 К в оптически тонкой или толстой среде, релятивистскими электронами в магнитных полях (синхротронное излучение), а также электронами космических лучей при их взаимодействии с фотонами низкой энергии (например, оптическими). Последний механизм носит название обратного Комптона эффекта.
Рентгеновское излучение Солнца впервые было обнаружено 5 августа 1948 в США с ракеты, хотя существование такого излучения предсказывалось и ранее на основании геофизических данных об ионосфере Земли. К середине 70-х гг. 20 в. солнечное рентгеновское излучение детально исследовано во всей области спектра. При отсутствии хромосферных вспышек оно простирается вплоть до 10—20 
. Наличие на диске Солнца активных областей приводит к появлению жёсткого рентгеновского и даже гамма-излучения (рис. 1). В основном непрерывный спектр имеет тепловой характер с температурой от 106 и до 2×107 К, однако в начале развития вспышки наблюдается и нетепловая компонента. Рентгеновское излучение генерируется в пределах солнечной короны, а также в хромосфере и в переходной, чрезвычайно узкой по высоте области солнечной атмосферы. Обнаружено также и гамма-излучение вспышек, включая линейчатое. В рентгеновском спектре присутствуют линии многократно ионизованных элементов: Fe, Ni, Mn, Ar, Co и др. В основном наблюдаются спектры водородоподобных атомов, имеющих только один оставшийся электрон. С помощью оптики косого падения получены и фотографии солнечного диска в мягкой рентгеновской области спектра (рис. 2). Обнаружена поляризация рентгеновского излучения при вспышках.
Дискретные источники рентгеновского космического излучения были случайно открыты в 1962 при поиске рентгеновского флуоресцентного излучения Луны под действием космических лучей. К 1975 зарегистрировано более 150 источников. Большая их часть концентрируется к плоскости Галактики, что свидетельствует об их немногочисленности (по различным оценкам, в Галактике всего 103—104 таких источников) и преимущественном расположении в галактическом диске (рис. 3).
Поток от наиболее яркого источника в созвездии Скорпиона (Sco Х-1) равен 20 квантам/(см2×сек) в области спектра 2—8 
. Наиболее слабые из зарегистрированных к 1975 источников имеют поток 10-3 кванта/(см2×сек) в той же области спектра. Лишь небольшая часть (около 10) из галактических источников отождествлена с оптически исследованными объектами. К ним относятся остатки сверхновых звёзд, причём в этом случае наблюдается как синхротронное излучение от протяжённой туманности, так и тепловое излучение от расширяющейся газовой оболочки и нагретого до температуры 106 К межзвёздного газа. Иногда наблюдается излучение остатка сверхновой звезды, вероятнее всего, являющегося нейтронной звездой. Рентгеновское излучение Крабовидной туманности (Tau Х-1) (второго по яркости источника) с потоком 2 кванта/(см2×сек) имеет пульсирующую компоненту с периодом 0,033 сек, совпадающим с периодом оптического и радиоизлучения пульсара. Обнаружены рентгеновские источники, входящие в двойные звёздные системы (Her Х-1, Cyg Х-1, Cyg Х-3, Cir Х-1, Cen Х-3 и др.), что позволило детально исследовать их физические параметры. Один из таких источников (Cyg Х-1), вероятно, является объектом, возникшим в результате гравитационного коллапса («чёрной дырой»). Механизм рентгеновского свечения таких источников – истечение газа с поверхности нормального гиганта на нейтронную звезду или чёрную дыру – так называемая дисковая аккреция. Основная масса рентгеновских источников пока не отождествлена с наблюдаемыми в оптическом диапазоне объектами. Около 30 источников отождествлены с внегалактическими объектами. Это, в частности, —ближайшие галактики (Магеллановы Облака и Большая туманность Андромеды), скопления галактик, радиогалактики Дева-А (М87) и Центавр-А (NGC 5128), квазар ЗС 273, а также сейфертовские галактики.
Помимо дискретных источников рентгеновского излучения, наблюдается изотропный рентгеновский фон, спектр которого в области от 1 до 1000 кэв в первом приближении аппроксимируется степенным законом. Изотропный фон, по-видимому, имеет внегалактическое происхождение, однако механизм его излучения до сих пор не ясен. Среди вероятных гипотез рассматриваются: обратный комптон-эффект межгалактических электронов на инфракрасных фотонах активных галактик и на субмиллиметровых квантах фонового реликтового излучения, наложение излучения многих неразрешимых далёких внегалактических источников, тепловое излучение горячего межгалактического газа, а также различные комбинации этих механизмов.
В качестве детекторов излучения рентгеновского диапазона используются специальные фотоматериалы (для исследований Солнца), Гейгера – Мюллера счётчики, газонаполненные пропорциональные счётчикии сцинтилляционные счётчики. Все типы детекторов обеспечивают спектральное разрешение от 1 до 20 в зависимости от энергии регистрируемого излучения. Площадь пропорциональных счётчиков, с помощью которых получены основные результаты, достигает 1000 см2. Для коллимации (ограничения поля зрения) применяются сотовые или щелевые коллиматоры, набранные из тонких гофрированных пластин стали с предельным угловым разрешением около нескольких угловых минут, модуляционные коллиматоры, представляющие собой два (или более) ряда параллельно натянутых металлических нитей (предельное разрешение около 20“) и, наконец, зеркала косого падения гиперболического и параболического сечения с углом падения более 88° (т. е. почти по касательной к плоскости зеркала). Такие зеркала пригодны для получения рентгеновского изображения в мягкой области спектра (l > 10 
) с разрешением до 5“. Для спектральных исследований (пока только солнечных) используются брэгговские кристаллические спектрометры.
Р. а. относится к быстро развивающимся разделам внеатмосферной астрономии. Она имеет широкие перспективы, связанные с планируемыми запусками ракет или ИСЗ с большими счётчиковыми и зеркальными телескопами площадью 104—105 см2.
Лит.: Озерной Л. М., Прилуцкий О. Ф., Розенталь И. Л., Астрофизика высоких энергий, М., 1973; Уикс Т., Астрофизика высоких энергий, пер. с англ., М., 1972; Гинзбург В. Л., О физике и астрофизике. Какие проблемы представляются сейчас особенно важными и интересными?, 2 изд., М., 1974; Ультрафиолетовое излучение Солнца и межпланетная среда. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1962
В. Г. Курт.
Рис. 3. Распределение известных рентгеновских источников на небе. Использована галактическая система координат, центр Галактики в середине рисунка.
Рис. 2. Изображение диска Солнца в рентгеновском диапазоне, полученное при помощи телескопа косого падения 8 июня 1968.
Рис. 1. Спектр Солнца в области 1—8 
.
Рентгеновская камера
Рентге'новская ка'мера, прибор для изучения или контроля атомной структуры образца путём регистрации на фотоплёнке картины, возникающей при дифракции рентгеновских лучейна исследуемом образце. Р. к. применяют в рентгеновском структурном анализе. Назначение Р. к. – обеспечить выполнение условий дифракции рентгеновских лучей (см. Брэгга – Вульфа условие) и получение рентгенограмм.
Источником излучения для Р. к. служит рентгеновская трубка. Р. к. могут быть конструктивно различными в зависимости от специализации камеры (Р. к. для исследования монокристаллов, поликристаллов, Р. к. для получения малоугловых рентгенограмм, Р. к. для рентгеновской топографии и др.). Все типы Р. к. содержат коллиматор, узел установки образца, кассету с фотоплёнкой, механизм движения образца (а иногда и кассеты). Коллиматор формирует рабочий пучок первичного излучения и представляет собой систему щелей (отверстий), которые вместе с фокусом рентгеновской трубки определяют направление и расходимость пучка (т. н. геометрию метода). Вместо коллиматора на входе камеры может устанавливаться кристалл-монохроматор (плоский или изогнутый). Монохроматор выбирает в первичном пучке рентгеновское излучение определённых длин волн; аналогичный эффект может быть достигнут установкой в камере селективно поглощающих фильтров.
Узел установки образца обеспечивает его закрепление в держателе и задание ему начального положения относительно первичного пучка. Он служит также для центрировки образца (выведения его на ось вращения), а в Р. к. для исследования монокристаллов – и для наклона образца на гониометрической головке (рис. 1). Если образец имеет форму пластины, то его закрепляют на отъюстированных направляющих. Это исключает необходимость дополнительной центрировки образца. В рентгеновской топографии больших монокристаллических пластин держатель образца может поступательно перемещаться (сканировать) синхронно со смещением плёнки при сохранении углового положения образца.
Кассета Р. к. служит для придания фотоплёнке необходимой формы и для её светозащиты. Наиболее распространённые кассеты – плоские и цилиндрические (обычно соосные с осью вращения образца; для фокусирующих методов образец помещают на поверхности цилиндра). В других Р. к. (например, врентгеновских гониометрах, в Р. к. для рентгеновской топографии) кассета перемещается или вращается синхронно с движением образца. В некоторых Р. к. (интегрирующих) кассета, кроме того, смещается при каждом цикле рентгенографирования на малую величину. Это приводит к размазыванию дифракционного максимума на фотоплёнке, усреднению регистрируемой интенсивности излучения и повышает точность её измерения.
Движение образца и кассеты используют с различной целью. При вращении поликристаллов увеличивается число кристаллитов, попадающих в отражающее положение – дифракционная линия на рентгенограмме получается равномерно почернённой. Движение монокристалла позволяет вывести в отражающее положение различные кристаллографические плоскости. В топографических методах движение образца позволяет расширить область его исследования. В Р. к., где кассета перемещается синхронно с образцом, механизм её перемещения соединён с механизмом движения образца.
Р. к. позволяет изучать структуру вещества как в нормальных условиях, так и при высоких и низких температурах, в глубоком вакууме, атмосфере специального состава, при механических деформациях и напряжениях и т.д. Держатель образца может иметь приспособления для создания необходимых температур, вакуума, давления, измерительные приборы и защиту узлов камеры от нежелательных воздействий.
Р. к. для исследования поликристаллов и монокристаллов существенно различны. Для исследования поликристаллов можно использовать параллельный первичный пучок (дебаевские Р. к.; рис. 2, а; см. также Дебая – Шеррера метод) и расходящийся (фокусирующие Р. к.; рис. 2, б и в). Фокусирующие Р. к. обладают большой экспрессностью измерений, но рентгенограммы, получаемые на них, регистрируют лишь ограниченную область углов дифракции. В этих Р. к. в качестве источника первичного излучения может служить радиоактивный изотопный источник (см. Рентгеновские лучи)
Р. к. для исследования монокристаллов конструктивно различны в зависимости от их назначения. Существуют камеры для ориентировки кристалла, т. е. определения направления его кристаллографических осей (рис. 3, а, см. также ст. Лауэграмма); Р. к. вращения-колебания для измерения параметров кристаллической решётки (по измерению угла дифракции отдельных отражений или положению слоевых линий) и для определения типа элементарной ячейки (рис. 3, б и в); Р. к. для раздельной регистрации дифракционных максимумов (развёртки слоевых линий), называются рентгеновскими гониометрами с фоторегистрацией; топографические Р. к. для исследования нарушений кристаллической решётки в почти совершенных кристаллах. Р. к. для монокристаллов часто снабжены системой отражательного гониометра для измерений и начальной установки огранённых кристаллов.
Для исследования аморфных и стеклообразных тел, а также растворов используют Р. к., регистрирующие рассеяние под малыми углами дифракции (порядка нескольких угловых секунд) вблизи первичного пучка; коллиматоры таких камер должны обеспечить нерасходимость первичного пучка, чтобы можно было выделить излучение, рассеянное исследуемым объектом под малыми углами. Для этого используют сходимость пучка, протяжённые идеальные кристаллографические плоскости, создают вакуум и т.д. Р. к. для изучения объектов микронных размеров применяют с острофокусными рентгеновскими трубками; в этом случае расстояние образец – фотоплёнка можно значительно уменьшить (микрокамеры).
Р. к. часто называют по имени автора метода рентгенографирования, используемого в данном приборе.
Лит.: Уманский М. М., Аппаратура рентгеноструктурных исследований, М., 1960; Гинье А., Рентгенография кристаллов, пер. с франц., М., 1961; Финкель В. А., Высокотемпературная рентгенография металлов, М., 1968; его же. Низкотемпературная рентгенография металлов, М., 1971.
В. В. Зубенко.
Рис. 2. Основные схемы рентгеновских камер для исследования поликристаллов: а – дебаевская камера;б – фокусирующая камера с изогнутым кристаллом-монохроматором для исследования образцов «на просвет» (область малых углов дифракции); в – фокусирующая камера для обратной съёмки (большие углы дифракции) на плоскую кассету. Стрелками показаны направления прямого и дифрагированного пучков. О – образец; F – фокус рентгеновской трубки; М – кристалл-монохроматор; К – кассета с фотоплёнкой Ф; Л – ловушка, перехватывающая неиспользованный рентгеновский пучок; ФО – окружность фокусировки (окружность, по которой располагаются дифракционные максимумы); КЛ – коллиматор; МЦ – механизм центрировки образца.
Рис. 3. Основные схемы рентгеновских камер для исследования монокристаллов: а – камера для исследования неподвижных монокристаллов по методу Лауэ; б – камера вращения. На фотоплёнке видны дифракционные максимумы, расположенные по слоевым линиям; при замене вращения на колебание образца число рефлексов на слоевых линиях ограничено интервалом колебаний. Вращение образца осуществляют с помощью шестерёнок 1 и 2, колебания его – через капоид 3 и рычаг 4; в – рентгеновская камера для определения размеров и формы элементарной ячейки. О – образец; ГГ – гониометрическая головка; γ – лимб и ось поворота гониометрической головки; КЛ – коллиматор; К – кассета с фотоплёнкой Ф; КЭ – кассета для съёмки эпиграмм (обратная съёмка); МД – механизм вращения или колебания образца; φ – лимб и ось колебания образца; δ – дуговая направляющая наклонов оси гониометрической головки.
Рис. 1. Гониометрическая головка: О – образец; Д – дуговые направляющие для наклона образца в двух взаимно перпендикулярных направлениях; МЦ – механизм центрировки образца, служащий для выведения центра дуг, в котором находится образец, на ось вращения камеры.
